Caída libre
Estudio de caso : Estudio de la caída libre de un cuerpo
Para la entrega de un edificio multifamiliar los constructores se encuentran en la etapa final de recogida de materiales. Con mucho cuidado los trabajadores, desde diferentes pisos, dejan caer hacia la base bolsas que contienen algunos escombros que quedaron. Allí serán recogidos posteriormente por una pala mecánica. ¿Cómo se diferencian las velocidades con que llegan las bolsas a la base? ¿Cómo calcularlas?
¿Qué tipo de movimiento mecánico tienen las bolsas en su movimiento hacia la base?
Considerando los datos que ofrece la tabla, responde:
En el movimiento estudiado ¿qué características posee la razón entre la velocidad y el tiempo?
¿A cuál de las siguientes magnitudes corresponde razón entre la velocidad y el tiempo?
magnitudes: velocidad, desplazamiento, aceleración, altura
Analizando los datos de la tabla ¿Cómo clasificarías el tipo de movimiento de las bolsas de escombro?
Al dejar caer los cuerpos, estos describen una trayectoria rectilínea y a medida que avanzan, su velocidad aumenta. Las mediciones demuestran que el aumento de la velocidad es uniforme en el tiempo, si el aire no interviene o si su acción es tan pequeña que se puede despreciar.
Definición : Caída libre
Se denomina caída libre al movimiento de los cuerpos que se realiza bajo la acción de la fuerza de gravedad, su trayectoria es vertical, se caracteriza por ser la velocidad inicial igual a cero y no experimenta influencia alguna del aire.
: Actividad
Listado de caída libre
Observamos diariamente múltiples ejemplos de caída libre, una fruta que cae del árbol, el torrente de agua de una cascada moderada, una taza que se resbala de nuestras manos, etc. Continúa de modo independiente este listado. Ordénalo según su acercamiento a la caída libre verdadera.
Saber más : Influencia del aire
Por experiencia sabemos que no todos los cuerpos caen del mismo modo, los más pesados caen más rápido y los más ligeros más lentamente; eso se debe a la influencia del aire. Del mismo modo el viento puede cambiar incluso la dirección del movimiento de los cuerpos que caen,no siendo ya verticalmente. También la forma del cuerpo influye, no cae igual un pliego de papel que una bola hecha con el propio pliego. Existen, por el contrario, cuerpos tan pesados que prácticamente no experimentan influencia del aire.
Sin la influencia del aire todos los cuerpos caerían del mismo modo.
A causa de la influencia del aire se dice que, en rigor, el fenómeno de caída libre ocurre solo en ausencia de aire. Sin embargo, en los casos en que es baja se considera que la caída es libre. Al considerar esto se está adoptando un modelo físico del fenómeno que es muy cercano a la realidad, pero no es lo que ocurre realmente. Se dice entonces que se desprecia la influencia del aire. En términos de incertidumbre, se introduce un error que no afecta significativamente los resultados de la medición.
La adopción de modelos físicos resulta muy útil para el estudio de los fenómenos físicos.
Saber más : Velocidad límite
¿Por qué las gotas de lluvia no nos dañan si caen desde tan alto?
Al caer, las gotas de lluvia lo hacen por la acción de la fuerza gravitatoria que la Tierra ejerce sobre ellas. Durante la caída experimentan, además, la acción de la resistencia del aire que se opone a ello y resulta que depende de la velocidad de caída. Mientras mayor es la velocidad de caída, mayor resistencia ofrece el aire y como al caer la velocidad aumenta, la fuerza total ejercida sobre cada gota se hace cada vez menor hasta que ambas fuerzas se igualan y su efecto total es nulo. A partir de entonces el movimiento de cada gota es uniforme, es decir, con velocidad constante. A esta velocidad se le denomina velocidad terminal o velocidad límite. Una vez que un objeto que cae en la atmósfera alcanza la velocidad límite esta no aumenta más.
A continuación se ofrecen algunas velocidades límites.
¿Sabías que...? : La llovizna de la cascada
El agua que vierten las cascadas muy altas y poco abundantes llega a la base no en forma de chorro, sino de llovizna. Eso sucede porque la resistencia del aire la ha fraccionado en gotas cada vez más pequeñas. Al disminuir su tamaño alcanzan más rápidamente la velocidad límite y tal parece que flotan.
Algo de historia : El paracaídas
¿Quién inventó el paracaídas y cómo funciona?
Como la velocidad aumenta uniformemente, el movimiento de caída libre es uniformemente acelerado (MRUA) y por consiguiente su aceleración es constante e igual a 9,8 . Este valor suele designarse con la letra g.
La aceleración de la caída libre está dirigida verticalmente hacia el centro de la Tierra. Tiene un valor característico en cada cuerpo celeste.
Como la caída libre es un movimiento rectilíneo uniformemente acelerado pueden ser aplicadas las ecuaciones de este movimiento para cuantificarlo. Para diferenciarlo, designaremos con la letra el desplazamiento ΔS y con la letra la letra a la aceleración; en tal caso las ecuaciones serían:
Algo de historia : De Aristóteles a Galileo
El sabio griego Aristóteles publicó en el siglo IV a. n. e. los resultados de sus reflexiones en que consideraba que la aceleración de caída libre de los cuerpos dependía de cuán pesados eran. Aunque la realidad sugería eso efectivamente, no logró descubrir la influencia del aire.
No fue hasta el siglo XVI que Galileo Galilei a partir de una serie de experimentos ideados por él, comprobó que eso no era cierto, y despreciando la resistencia del aire enunció la constancia de la aceleración de caída libre. Galileo fue el primero en utilizar un modelo físico al despreciar la resistencia del aire en condiciones bien identificadas.
: Problema resuelto 1
Percusión de barras para cimientos
Una de las tecnologías para construir los cimientos de edificios muy altos consiste en clavar barras de acero en el suelo. Para ello se utiliza una máquina herramienta con un percutor deslizante que cae verticalmente y pega en la barra. El percutor cae reiteradamente desde una altura de 3.7 m.
a) Calcula la velocidad que tiene el percutor al impactar en la barra de acero.
b) ¿Qué tiempo demora la caída del percutor?
: Problema resuelto
Calcula la velocidad con que se mueve una pelota de beisbol que se deja caer, a los 5 s y el desplazamiento realizado en ese tiempo. Si se dejó caer desde lo alto de un edificio de 125 m ¿a qué distancia del suelo se encuentra a los 5 s?